Собор святых апостолов Петра и Павла был возведен в 1766 году, на месте расположения петропавловского гарнизона, возле берега реки Ишим. Изначально данная церковь построена из дерева. Только в 1831 году началась ее перестройка с помощью камня, все работы оплачивались из пожертвований прихожан и были завершены только через десять лет.
В 1842 году произошло официальное открытие церкви, при этом ее освятили. После распада Российской империи и становления Советского союза, в 1938 году собор был закрыт, а его имущество реквизировано на нужды государства. Однако после окончания второй мировой войны в 1946 году было принято решение о восстановлении храма. В настоящее время нынешний собор является более новым зданием, так как на протяжении времени его перестраивали.
Собор святых Петра и Павла расположен на возвышенности, при этом его окружают овраги, что делает его выделяющимся посреди остальных зданий в Петропавловске. В храме до сих пор проводят служение, и по религиозным праздникам отмечаются особо большие службы, на которые приходит большое количество прихожан.